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城市天然气的转换

2011-12-15 14:05:52 来源:燃气具资讯网 浏览:
内容提要:天然气作为一种高效、清洁的优质燃料已被世界广泛采用,特别是其对环境保护所起的作用已越来越受到人们的重视。天然气转换工程主要包括输配系统的转换和燃具转换两部分。城市天然气的转换

城市天然气的转换 


上海市燃气管理处 (200001) 席得粹
同济大学(200092) 姜正侯
上海燃气市北销售有限公司(200001) 张永刚
天津煤气工程设计院(300100) 刘建民

1 概述
1.1 转换的必要性
  天然气作为一种高效、清洁的优质燃料已被世界广泛采用,特别是其对环境保护所起的作用已越来越受到人们的重视。世界上许多发达国家从50年代起就开始了人工煤气向天然转换的过程,加拿大、英国、法国、荷兰、澳大利亚、日本等已完全用天然气取代了人工煤气。目前,全国城市燃气的气源主要包括人工煤气、天然气和液化石油气,随着"西气东输"工程及广东LNG接收站的建成供气,全国城市燃气的气源结构将发生很大变化,天然气将取代人工煤气和液化石油气而成为城市的主导气源。
  天然气与人工煤气、液化石油气是不可互换的可燃性气体,具体差异如下:首先,天然气一般是干气、基本不含杂质,输送压力较高,人工煤气中含有水分、煤焦油等杂质,输送压力较低,液化石油气以瓶装供应为主,部分地区采用小区气化集中供应;其次,天然气的热值比人工煤气高,比液化石油气低,华白数的燃烧势也不同,同一种燃具不可能同时适应两种气体。这些特性的差异决定了原有城市燃气输配系统和燃气用具,当转换为使用天然气时,需要经过适当的改造和调整。
1.2 转换的内容
  天然气转换工程主要包括输配系统的转换和燃具转换两部分。
1.3 转换的原则
  (1) 全面分析现有输配系统中存在的问题,采用更新改造和加强巡查相结合的方法,消除事故隐患;
  (2) 最大限度的利用现有管网、设备、燃具,既考虑转换的安全性又严格控制转换投资;
  (3) 今年尽量减少转换对燃气用户的干扰,确保安全转换、社会安定。
2.0国内外天然气转换工程概况
2.1国外城市天然气转换工程概况
  20世纪50年代以后,一些发达国家致力开发天然气资源,即使本身缺乏资源的国家也大量进口天然气,并开始逐步进行人工煤气或液化石油气向天然气的转换工程。部分国家的天然气转换时间如表1所示。
表 1 国家 实现天然气转换时间 气源
美国 1945-1958 管道天然气为主
前苏联 1948-1960 管道天然气为主
英国 1964-1997 前期有LNG,后期以管道天然气为主
法国 1962-1982 LNG与管道天然气
德国 1960-1970 以管道天然气为主,少量LNG
澳大利亚 1976-1986 管道天然气
日本 1969-1998 LNG供应
(1) 法国
  法国天然气转换工程开始于60年代,而在正式转换前3年,即开始研究和建立技术规范的工作,随后的一年半开始制订计划。
  法国煤气公司重新建立了输配压力级制,增设或改造调压器,建立加臭站和加湿站。转换工作是分期进行的,将某一地区的管网分成若干小区,在充分调查该小区管网系统的基础上,确定需切断的管道,需增设的管道、调压器阀门以及要替换的不适合天然气的管道和调压装置除了对天然气加湿外,对于可能漏气的干管和庭院管分别采取改造和更换密封填料,对于进户内管更应注意接口处检漏及填料更换,以保证安全供气。
  在正式置换前,把湿式计量表全部换成干式表,对于原来的干式表则更换接口填料,必要时还要调换开关。
燃具的转换事先统计好种类数量,研制改造方案,并预订配件。在置换后8天内安装调整好用户的燃具,在该区转换工作全部结束后进行质量检查,保证转换工作的圆满成功。
(2)大阪
  日本大阪煤气公司的天然气转换工作从1957年开始,平均每年以25万户的速度进行转换,1990年才全部完成。其工作步骤为:一是对原有输配管网作出全面调整,包括以保证转换阶段的使用性能,在网管的适当地点设置转换天然气的放散孔和测压孔,并在转换时及时调整调压器出口压力。二是对原有人工煤气燃具做全面调整,实验并提出各种燃具改用天然气后的调整措施和办法,上述工作均由煤气公司工作人员负责完成。
对承插式铸铁管道开始采取措施,转换后发现接口泄露,采用加湿办法处理后,减少了接口漏气。
2.2 国内城市天然气转换工程概况
  随着天然气资源勘探开发规模的不断扩大,天然气逐步向城市供应,原先使用人工煤气的城市,逐步转换为使用天然气。80年代末90年代初,北京、天津、沈阳等城市进行了小规模的天然气转换,并且不断加大力度。1999年开始,济南利用中原油田天然气,并开始对原焦炉煤气用户进行转换,上海利用东海天然气,实现浦东地区的天然气化,并逐步向浦西地区延伸。下面对北京和上海浦东的转换进行简单介绍。
(1) 北京
  自1987年华北油田开始为北京市输送天然气以来,北京的管道气供应既有天然气又有人工煤气。北京市的转换实施分成区域调整和大规模转换个阶段。区域调整主要是调整天然气、煤气两个供应区域,并为下一阶段做好气源、网管以及置换方法的准备,1997年以前进行的18次小规模的转换均在天然气与煤气供应区的交界处进行。大规模转换阶段从1997年开始,无论是从转换规模还是转换的密度都大幅提高,是转换的实质性实施阶段。
  北京的天然气转换工作主要包括制定转换方案、入户调查、入户刷胶、更换羊皮模表、转换前用户整改、现场咨询、燃器用具改造等。整个转换工程由天然气公司煤气公司组织实施,各设备生产厂家参与燃器设备的改造。管网置换前,先将用户灶具的左边火眼的喷嘴和灶盖更换为天然气零件,同时拆掉热水器的煤气连接管,加装丝堵。管网置换当天为用户更换右火眼零件,并在两周内完成热水器的改造。
(2) 上海浦东
  上海浦东天然气转换工程自1999年4月开始,到2000年9月底结束,共转换人工煤气用户32万户,转换内容包括管网改造及燃具改造两部分。管网工作主要内容包括承插式铸铁管改造成PE管、原输送人工煤气的高压管上水井割除、高压桥管两侧补偿器拆除、、调压器加状切断阀和过滤器、用户内管接头刷胶。燃具主要包括开关、喷嘴、燃烧器的调换。小区转换周期为7天,隔周转换,管网天然气置换日为星期六。除单位用户的特殊要求,民用灶具、热水器转换从管网转换日开始,灶具的两个燃烧器同时完成改装,改装时间一般为3天 ~ 4天。为不影响居民正常生活,备有天然气单眼灶供用户租借。
3.0 天然气转换中的技术问题
  天然气转换是一项复杂的系统工程,主要包括资料收集、区域划分、用户宣传、输配系统的新建和改造、燃器用器设备的改造、燃器计量器具的调整等。
3.1原有输配系统的优化利用
(1) 压力级制的选择
  合理确定城市天然气的压力级制,不仅可以降低工程费用,而且有利于日常的输配运行管理。各城市应根据现有输配系统的情况合理选择压力级制。如果原有输配系统规模较小,而天然气到来后,城市燃气将有大规模的发展,则可重建压力级制,充分利用天然气的压能;如果原有输配系统规模庞大,则可选择多种压力级制,即新区新级制,老区老级制,逐步过渡到统一。中压到户已被实践证明是一种节省投资的输配模式,天然气到后来应逐步推广应用。
(2) 铸铁管道的利用
  铸铁管管材分为灰口铸铁管和球墨铸铁管两种:铸铁管连接方式分为承插式和机械接口两种,其中:承插式铸铁管的密封材料采用水泥麻丝、铅麻丝、橡胶圈和青铅,机械接口铸铁管的密封材料采用橡胶垫圈。
如果原有输配系统所输送的是湿燃气,则输送干天然气后,便会发生承插铸铁管道接口漏气问题。
水泥麻丝和铅麻丝承插式铸铁管接口的第一道密封材料为麻丝,遇湿会发生膨胀,一旦输送净化脱水的天然气时,原来在潮湿燃气中已充分膨胀的填料,将很快变干收缩,发生管道接口漏气。如何利用输送干天然气后可能漏气的铸铁管道,可采取下列两种措施:对天然气进行加湿处理或按天然气要求改变原有管道。国外都把天然气加湿处理作为转换初期的过渡措施,逐步对铸铁管道实施改造。对铸铁管(特别是承插式铸铁管)一般采用如下几种方式:
  * 内衬PVC软管法;
  *PE管穿管法;
  *废除原管新埋入钢管或PE管法;
  *凤凰工艺(反转法);
  *对接口外修及内修法。
  具体选择上述和子何种方式时,应视原有管道的内径,内壁清洁程度,埋设管道的地理位置坡度及分支管数量的多少等因素而定,具体设计时应经 方案比较确定。
(3) 地上与户内管道的利用
  目前,城市管道燃气地上与户内管大都为镀锌钢管丝扣连接,填料以厚白漆或麻丝白漆为主。水分很少的天然气进入后填料因水分减少而干燥龟裂,易产生漏气。因此,从安全的角度考虑,转换前必须对接口进行检查并采取防漏措施。目前,国内普遍采用丝扣处外涂特殊密封胶的方法来防止漏气,但采用该方法存在以下缺点:不能保证所有管道靠墙侧都能刷到;许多家庭装修后,煤气管道被密封起来,难以实施刷胶。针对上述问题,应研究其他对策,彻底解决漏气隐患。国外已采用内涂树脂方法,国内应进行开发应用。
(4) 调压器的改造
  原来输送湿燃气的管道内壁,由于施工时关内不够清洁,灰尘及铁锈,黏附与管底。而转换后,由于天然气的干燥作用,这些铁锈和施工时带入的泥沙逐渐干燥,随着燃气的流动在管道内飞扬,其结果便是这些尘土堆积与阀门,调压器,储配站设备及管道弯头等处,造成设备的损坏和管道阻塞。
对天然气在管内运行后会使原附着于管内壁或管内的杂质、煤焦油等干燥脱落后随天然气进入调压器,造成主调压器关闭不严而使低压压力升高。为防止此类事故发生必须在每个调压器前加装过滤器和超高压安全切断阀。如采用加湿方法则可防止管道内产生灰尘。
(5) 低压湿式储气罐的优化利用
  目前,许多城市都建有低压湿式储气罐用于城市燃气的时调峰。转换成天然气后,这些储气设施的优化利用主要解决两方面的问题:一是湿式柜的隔湿问题,二是如何利用天然气的压能问题。
由于低压湿式储气罐,密封水面积很大,天然气进入后很快被增湿,在输送过程中可能会有冷凝水产生,影响天然气输配系统的正常运行,因此,应研究解决天然气进入施式储气柜后如何保持干燥的问题。实践证明,采用塑料浮球隔湿,具有一定的效果。
  天然气来气压力一般较高,应充分利用天然气的压能。利用高压天然气来引射低压储气罐内的天然气,不仅可以节省电能,而且可使已增湿的天然气远离饱和状态,避免在输送过程中产生冷凝水。
3.2 用气系统的改造
  由于天然气与人工煤气、液化石油气在组份上的差异,其热值、华白数、燃烧势等燃烧特性都截然不同。例如人工煤气中氢气的含量较高,燃烧速度快,易于回火,而天然气以甲烷为主,燃烧速度慢,易于离焰,上述燃气在同一燃具上得出的燃烧特性曲线是不同的,也就是说人工煤气、液化石油气与天然气不具有互换性,因此,只能通过燃具的改造适应天然气的要求。要使燃具达到应有的热负荷,需要更换原来的喷嘴,按天然气确定喷嘴的口径,同时要确保良好的燃烧工况,就应天然气设计火孔 强度,调换燃烧器或火盖,改变一次空气吸入量,这样才能获得正常火焰和稳定燃烧,所以应根据各类用户的不同燃具,分别设计制造替换用的喷嘴和燃烧器。
3.3 计量系统的调整和改造
  由于天然气热值比人工煤气高,人工煤气计量表具用与天然气计量后,将一直处于小量程内使用,准确性差。同时由于天然气热值比液化石油气低,液化石油气计量表由于天然气计量后,将一直处于大量程内使用,并且可能超出量程而损坏计量表具。因此,天然气转换的同时,应考虑原有燃气计量表具的调整和改造,使其处于合理的量程范围内、保证燃气计量准确,维护好企业和用户的利益。由于羊皮模表不能适应天然气的要求,必须全部更换合成橡胶模煤气表。
对于即将使用天然气的区域,应研究如何合理配置燃气计量表,避免使用天然气后计量不准,增加产销差。
3.4 转换区域的划分
  据以取得的经验可知、转换区域的划分与网管结构、地理环境、人民生活水平、习惯、安全教育、宣传等工作密切相关。区域划分的合理与否将直接影响到供气的安全性及经济性,因此,必须进行全面考虑,认真细致的制定区域划分方案。转换小区是作为转换的基本实施单位,完全划分后,每一小区管网都能与相邻小区完全隔开 ,从而保证完成转换小区能可靠的供应天然气,而未转换的小区能安全可靠的供应人工煤气。
若以每周转换1块 ~ 2块街坊或小区的话,转换小区宜按3000户 ~ 6000户划分。
切断阀设置一是为使每个转换小区低压管网与外围小区的连通管切断,以便转换后两个小区互不影响。二是将原煤气中压支一干管切断,而将中压支管与天然气中压管连接。切断阀一般设于气流方向的上游,选择设在管径较小的管道上,以节约投资。转换小区之间设连通管,连通管包括中压和低压管。中压连通管是将中-低压调压站与新排的天然气干管道连通。低压连通管则保证小区在转换前后有充足的气源。
3.5 放散方案
  根据国内外转换经验,放散方式有直接放散和燃烧两种。在市区人口密集区采用燃烧、在市区外围直接放散的方式。中压放散点考虑设与调压器前。
3.6 漏气的对策
  转换工程实施后待管道输送天然气后,管网可能在某些地方存在薄弱处,一般管道输送干天然气后6个月内最易发生漏气。建议定期进行线路查巡,检漏周期以两周为宜。并研究地下管道接口泄漏的修理及管道的更新技术。
3.7 气源的平衡调度
  随着转换工程的实施,原有燃气供应量将不断减少,天然气的供应量将不断增加。应根据转换进度,合理安排两种气源的供应量,做到产、销平衡。同时供应量的变化,也将对储气调峰设施提出新的要求,因此,必须事先对转换期间人工煤气和天然气的供需平衡进行深入研究,为制订科学合理的转换方案奠定基础。
  转换工作量大,时间长,天然气的直供利用有一个循序渐进的过程,因此,在一开始大量天然气供应城市的时候,可采用改制或掺混的过渡措施,在一段时间内生产人工煤气。既利用了天然气,又降低了人工煤气生产中的环境污染问题。
  需要对天然气转换期间人工煤气与天然气的产、供平衡及调峰手段进行研究。
3.8 转换前应采取的措施
  为迎接天然气的到来,在天然气到来前的几年内,所有燃气工程都应尽量与天然气接轨,以减少天然气到来后转换的工程量。建议采取以下措施:
(1) 煤制气的发展要特别慎重,天然气未到前的气源建设,建议采用液化石油气混空气,将来可直接转换为使用天然气;
(2) 管道接口填料采用聚四氟乙烯带或专用煤气接口胶水,保证转换为天然气后丝扣接口不漏气;
(3) (30燃器具生产厂家应抓紧研制新型燃器具,使大部分零件对天然气具有通用性,减少燃器具转换时的改造量;
(4) 调压器设置以箱式调压器为主,并设置过滤器及安全切断阀,管道采用钢管;
(5) 燃器表的选型、布置要合理。
4.0转换工程组织和实施
  天然气转换是一个复杂的系统工程,由于各地的具体情况不同,转换工程的具体实施过程会存在差异,但基本的工作程序应该是一致的。
4.1 制定转换计划
  根据气源平衡和资金状况,制定年度转换计划,同时根据输配系统和用户分布情况确定转换区域。按照年度计划的要求,收集规划转换区域内管网和用户资料。根据年度转换计划和收集的资料,制定年度转换分期计划,编制各项工作的完成详细时间表。
4.2 用户调查
  为保证转换工作的顺利进行和用户的安全用气,必须进行细致的调查研究,用户资料主要包括以下内容:
(1) 家庭用户燃器用具的生产厂家、型号;
(2) 工业用户和公福用户燃气设备的生产厂家、型号、工艺要求;
(3) 燃气表的类型;
(4) 管道丝扣连接的密封填料类型;
(5) 表前阀门的类型;
(6) 是否有违章用气现象。
4.3 管网调查
  管网情况的收集整理是整个转换工程的基础,只有通过对现状资料的认真分析,才能科学合理的制定转换方案,才能保证转换工作的顺利实施。管网资料主要包括以下内容:
(1) 各类管道的分布、口径、长度、材质、连接方式、密封填料等;
(2) 各类阀门的工作状况。
4.4 制订转换方案
  在转换计划的指导下,在用户调查和管网调查的基础上,编制管网和燃器用具的转换方案.
管网转换方案的主要内容包括:
(1) 新建调压站切断阀和连通管;
(2) 原有调压器管网及其附属设施(阀门、水井、计量表等)的改造;
(3) 转换当天户外管网的天然气置换实施方案。
  燃器用具转换方案的主要内容包括;
(1) 户内管道天然气的置换;
(2) 各类燃气用具(包括工业、公福用户燃器设备)的改造内容和操作程序。
4.5 用户宣传
  转换工作是涉及千家万户的浩大工程,需要得到转换区域各类用户的理解和支持,必须做到家喻户晓。天然气转换工程的安全、顺利实施,离不开用户的密切配合。因此必须做好宣传工作。宣传工作主要通过电视、广播、报刊、网络等新闻媒体、向用户发放宣传资料和现场咨询等手段,内容主要包括:
(1) 为什么要转换;
(2) 转换的工作程序;
(3) 用户需要配合的工作;
(4) 转换中的注意事项;
(5) 转换工程的收费标准;
(6) 咨询及维修电话;
(7) 转换具体时间。
4.6 实施作业
  按照管网转换方案,在转换前,完成所有新建项目和原有输配系统的改造和调整任务,使其能够满足输送天然气的要求。在转换当天,将转换小区与其他小区的切断,按照压力级制不同,由高及低逐步完成天然气对原有管道燃气的置换。
  按照燃器用具转换方案,由相关但单位或部门在规定时间内完成所有燃器用具的改造任务。
4.7 完善工作
  天然气转换完成后,要加强输配系统的安全检查,尤其是阀门、水井、管道接口等部位的检查,发现漏气及时抢修,消除事故隐患。
  对燃气用具要进行抽检,对于改造不合格的燃器用具,必须进行整改。
5.0 需要的政策和存在的问题
5.1 资金来源
  天然气转换工程需要大量的资金。在已经实施转换的城市,资金来源的渠道是不同的,如北京对用户收费,而上海浦东居民家庭燃具转换的费用由国家承担。随着公用事业领域市场经济的不断发展,国家势必不再承担转换工程的费用。如果由用户承担,将使整个天然气转换工程的进度放慢,而且难度很大;如果由企业负担,在整个燃气行业政策性亏损的今天,也存在相当的难度。如何解决天然气转换的资金问题,需要政府提供优惠的价格、贷款年、税收等政策。
5.2 协调工作
  天然气转换是一项复杂的工程,必须得到方方面面的支持配合,才能顺利实施。在整个转换过程中,必须得到各级政府部门及社区、街道的支持。否则单靠企业自身的力量难以实施。
6.0 结论
  全国各地的情况不同,在转换实施过程中将会遇到不同的问题,各地应针对自己的实际情况,采取对应的措施。在调查研究的基础上,制定合理的转换方案,确保城市燃气的安全、稳定、可靠供应。为改变城市能源结构,促进城市燃气事业的可持续发展而做出应有的贡献。

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